|
Proyecto Salón Hogar
Colaboración
Por Isidoro Martinez
Universidad Complutense de Madrid
CONTENIDO
Introducción
Magnitud es algo cuantificable, es decir, medible, ponderable (ya en el libro de la
Sabiduría se dice: "Tú lo has regulado todo con medida, número y peso", Sab.
XI-20). Las magnitudes pueden ser directamente apreciables por nuestros sentidos, como los
tamaños y pesos de las cosas, o más indirectas (aceleraciones, energías). Medir implica
realizar un experimento de cuantificación, normalmente con un instrumento especial
(reloj, balanza, termómetro).
Cuando se consigue que la cuantificación sea objetiva (no dependa del observador y
todos coincidan en la medida) se llama magnitud física (tiempos, longitudes, masas,
temperaturas, aceleraciones, energías). Hay otras magnitudes que no resultan
cuantificables universalmente: gustos, sabores, colores, ruidos, texturas, aunque puede
existir alguna propiedad física relacionada, como la potencia sonora con el ruido, la
longitud de onda de la luz con el color, etc.
Medir es relacionar una magnitud con otra u otras (de la misma especie o no) que se
consideran patrones universalmente aceptados, estableciendo una comparación de igualdad,
de orden y de número. Es decir, el resultado de una medida lleva asociado tres entidades:
una magnitud (dimensiones), una unidad (suele indicar también las dimensiones) y una
precisión (normalmente entendida como una incertidumbre del 50% en la post-última cifra
significativa). Ejemplo: medir, dentro de cierto margen, si dos cuerpos tienen la misma
masa o la misma temperatura, medir cual de los dos cuerpos tiene más masa o más
temperatura, medir cuánta más masa o más temperatura tiene uno respecto al otro. La
incertidumbre es innata a la medida; puede ser disminuida pero nunca anulada.
Los patrones básicos se llaman unidades de medida. Para especificar el valor de
una magnitud hay que dar la unidad de medida y el número que relaciona ambos valores. De
nada sirve decir que la altura de un árbol es de 5 veces no sé qué, que decir que es de
no sé cuantos metros. Aunque la relación del valor numérico con la unidad de medida es
multiplicativa (e.g. 5 veces un metro), la norma de escritura es separar con un espacio en
blanco ambos términos. Por ejemplo, cuando se escribe L=1500 m, que se lee
"ele igual a mil quinientos metros" se quiere decir que la longitud denominada L
mide aproximadamente 1500 veces más que la longitud del metro patrón, que es lo mismo
que decir L=1,5 km (por convenio, no se consideran cifras significativas los ceros
finales, excepto si son cifras decimales), y que no tiene sentido si sólo se dice "L=1,5".
Incluso si toda la Humanidad llegase a usar exclusivamente un único sistema de unidades
sin múltiplos ni submúltiplos, se seguiría indicando la unidad patrón para reconocer
el tipo de magnitud física involucrada.
Toda relación entre magnitudes físicas (ecuación física) ha de ser dimensionalmente
homogénea (no como en el ejemplo de la Tabla 1).
Tabla 1. Ejemplo de relación sin sentido físico (la suma total).
(tiempo) Mi fecha de nacimiento (año de la era presente) |
1951 |
(longitud) Mi altura (cm) |
170 |
(masa) Mi masa (kg) |
85 |
(entidades individuales) Mis hijos |
2 |
TOTAL |
2208 |
La elección de unidades ha sido siempre antropométrica al ser el hombre el sujeto que
mide ("El hombre es la medida de todas las cosas", Protágoras, s. V a.C.): el
ritmo día/noche, la longitud de un paso, la temperatura del cuerpo humano, etc. En muchos
casos la elección fue harto caprichosa; e.g. Luis XIV eligió la longitud de su pie como
unidad patrón, Jorge III de Inglaterra eligió en hacia 1770 como unidad de volumen
patrón la capacidad de su orinal (Galón Imperial), enviando como patrón secundario a
las colonias americanas el orinal de su mujer (Galón USA); anecdóticamente, las colonias
americanas declararon su independencia en 1776 y en 1811 Jorge III fue apartado del trono
por enajenación mental.
Es muy importante, aunque no imprescindible, que las unidades sean universales en el
sentido de que su valor sea independiente de la posible variación de otras magnitudes
externas, es decir, que la duración del día sea la misma hoy que ayer, que los pasos
sean equidistantes y no varíen de un sujeto a otro, que la temperatura del cuerpo humano
no varíe con la edad, ni con el tiempo, ni de un sujeto a otro, que la longitud del metro
no varíe con la temperatura, etc. Cuanto más universales son las unidades más sencillas
son las relaciones entre ellas en los modelos matemáticos que describen el comportamiento
observado de la Naturaleza, las llamadas "Leyes de la Física".
Antiguamente se elegían muchas unidades de referencia para medir un mismo tipo de
magnitud, una unidad pequeña para valores pequeños, una grande para valores grandes,
tratando de que los números que resultan de comparar la magnitud a medir con su unidad
sean números sencillos: números de dos o tres cifras y tal vez un decimal o dos. Así,
la masa de las piedras preciosas se medía en quilates (no confundir este quilate, que es
una semilla de masa 0,2 g de un árbol árabe, con el kilate o fracción másica
multiplicada por 24 de oro en una aleación), mientras que las de las cosechas se medían
en toneladas. Una segunda opción es adoptar una única unidad y usarla junto a sus
múltiplos y submúltiplos: e.g. m, mm, km. Una tercera opción es adoptar una única
unidad y tolerar que los números que relacionan la magnitud medida con la unidad no sean
sencillos: e.g. que el diámetro de una aguja sea 8,5×10-5
m (que se lee "ocho coma cinco por diez elevado a menos cinco") y el de la
Tierra sea 1,27×107 m. En resumen, puede concluirse
que:
- El uso de más de una unidad casi nunca es bueno (la única excepción puede ser en la
medida de tiempos: segundos, minutos, horas, días, meses y años).
- El uso de una unidad y de sus múltiplos y submúltiplos es lo mejor en el
lenguaje hablado y en los textos descriptivos (micrómetros, milímetros, kilómetros).
- El uso exclusivo de la unidad básica es lo mejor en el lenguaje científico
en general.
En la nomenclatura científica los símbolos usados para las unidades y las variables
medidas no son abreviaturas ortográficas sino símbolos (significantes que directamente
recuerdan su significado) con sus correspondientes reglas de escritura y pronunciación.
En general las variables son letras del alfabeto latino o griego, tal vez con subíndices
y rara vez con superíndices, y se escriben en letra cursiva (itálica), mientras
que las unidades son letras simples o excepcionalmente parejas y tríadas que siempre se
escriben en caracteres rectos.
Las normas para la correcta utilización de magnitudes, unidades y símbolos
científicos las proponen las asociaciones científicas internacionales (en este caso el
Comité Internacional de Pesas y Medidas) y las adoptan las Administraciones de cada
país, con el fin de facilitar los intercambios de información y las transacciones
materiales (particularmente entre organismos y empresas multinacionales).
Sistema Internacional de unidades
Actualmente rige en todo el mundo el Sistema Internacional
(SI) de unidades, si bien hay que señalar que Estados Unidos sigue todavía en
proceso de transición, desde que en 1875 adoptara formalmente el Sistema Métrico Decimal).
Pese al gran coste que supone trabajar con sistemas
incoherentes de unidades de medida, debido a los frecuentes errores a que ello
da lugar en la práctica, muchas publicaciones científicas y administraciones
públicas no exigen su cumplimiento, a pesar de las adopciones y exclusiones
legales de carácter formativo o industrial vigentes en cada país (en España la
Ley de Pesas y Medidas de 8 de Julio de 1892, la ley 88/1967 de 8 de Noviembre,
el Real Decreto 1317/1989 de 27 de octubre y su Corrección de errores del Real
Decreto 1317 / 1989, de 27 de octubre, y la Norma UNE
82100:1996). Como rara vez se penalizan las infracciones administrativas en este sentido,
y toda innovación conlleva un coste de adaptación inicial (e.g. transición al
euro), sigue siendo muy frecuente ver aparatos destinados a medir presión graduados en
"kg/cm2", por ejemplo, y características de calderas y refrigeradores medidas
en "calorías" y "frigorías", respectivamente.
Además de homogeneizar las transacciones científicas,
técnicas y comerciales, una de las mayores ventajas de un sistema coherente de
unidades como el SI es que facilita la comparación de valores dispares de una
misma magnitud (e.g. distancias microscópicas y astronómicas), y las relaciones
entre diferentes magnitudes (no aparecen constantes de ajuste de unidades).
Como ejemplo de reglas de escritura científica se puede citar:
Escritura correcta |
Incorrecto |
Incorrección |
L = 0,12 m |
L = 0,12 m |
la L no es cursiva. Se pronuncia L igual a 0,12 metros |
|
L = 0,12m |
falta un espacio entre el número y la unidad |
|
L = 0,12 m. |
sobra el punto |
|
L = 012 m |
la coma decimal debe ir abajo |
|
L = 0.12 m |
sólo se usará el punto como separador decimal en la
escritura en inglés |
|
L = .12 m. |
ni en inglés se debe olvidar el cero |
L igual a 0,12 metros |
L = 0,12 metros |
no debe mezclarse la simbología |
L = 6380 km |
L = 6380 Km |
el múltiplo es k minúscula siempre |
|
L = 6380 KM |
el múltiplo es k minúscula siempre, y la unidad, el metro,
m |
L = 6 380 km |
L = 6.380 km |
puede inducir a grave error usar separadores de miles para
facilitar la lectura |
l = 0,55 m m |
l = 0,55 m
|
debe escribirse y pronunciarse micrómetro y no
"micra" |
V = 10 cm3 |
V = 10 cc |
cc no es símbolo ni abreviatura de centímetro cúbico.
Aunque pueda ponerse también V = 10 ml, no es aconsejable |
m = 0,123 kg |
m = 0,123 kgr |
el símbolo para la unidad de masa es kg y, excepcionalmente,
pueden usarse el gramo, g, y sus submúltiplos |
T = 310,5 K |
T = 310,5 ºK |
el símbolo para la unidad de temperatura es K y se lee
kelvin (no debe decirse ni escribirse grado kelvin) |
T = 37,5 ºC |
T = 37,5º C |
el símbolo para la escala Celsius (no debe decirse
centígrada) es ºC y se separa con un espacio del número |
Q = 4200 J |
Q = 1 Cal |
la única unidad de energía legal es el julio |
D
E = mcD
T |
D E= m×
4200× D
T |
no se pueden mezclar magnitudes (valor×
unidad) con valores |
D E = (1/2)mv2 |
D E = 1/2mv2 |
aunque mal, significaría D E
= 1/(2mv2) |
Prefijos para los múltiplos y submúltiplos de las unidades del
SI
Nombre |
Símbolo |
Valor |
yotta |
Y |
1024 |
zetta |
Z |
1021 |
exa |
E |
1018 |
peta |
P |
1015 |
tera |
T |
1012 |
giga |
G |
109 |
mega |
M |
106 |
kilo |
k |
103 |
mili |
m |
10-3 |
micro |
µ |
10-6 |
nano |
n |
10-9 |
pico |
p |
10-12 |
fempto |
f |
10-15 |
atto |
a |
10-18 |
zepto |
y |
10-21 |
yocto |
z |
10-24 |
Historia
El Sistema Internacional (SI) de unidades se adoptó en 1960 (CGPM-11) por convenio
entre 36 naciones (entre ellas España). El SI proviene del antiguo Sistema Métrico
Decimal adoptado en la 1ª Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM, Conférence
Générale des Poids et Mesures, con estatus de organismo internacional con sede en
Sèvres-París (F)) ratificado en 1875 por 15 naciones (entre ellas España ¡y Estados
Unidos!), y que se basaba en el sistema de medidas adoptado por Francia en 1799 y que ya
entonces se trató de que fuera internacional, organizando la Conferencia del Metro, a la
que asistieron representantes de 8 países, y en la que se nombró un Comité
Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) dirigido por el español Ibáñez de Ibero.
Todavía en el año 2000 el SI no se ha impuesto en todo el mundo, siendo Estados Unidos la excepción más notable (aunque en Inglaterra también sigue usándose mucho el antiguo sistema imperial, y en otros países europeos el antiguo sistema técnico). El SI no es imprescindible (el hombre llegó a la Luna, y volvió, contando en millas,
pies por segundo y galones), y cambiar de un sistema de unidades a otro cuesta un gran esfuerzo humano y material (en 1999 se estrelló la nave Mars Climate por una confusión de unidades); pero hay que reconocer las ventajas del SI frente a los sistemas antiguos, y estar preparado para nuevos cambios, si son para mejorar.
¿Para qué necesita el hombre medir?
Tal vez la primera necesidad fue medir el tiempo, para planificar citas tribales,
labores agrícolas, etc. y con ese fin se estableció un calendario y se adoptó como
unidad básica de tiempo el día. Para darse cuenta de la dificultad de los acuerdos
universales, baste considerar que todavía hoy, tras varios milenios, hay regiones que
siguen calendarios distintos (ver "Medida del tiempo").
Después surgiría la necesidad de medir al desarrollarse el comercio, pues había que
cuantificar el intercambio de bienes y, salvo en el caso de las cabezas de ganado, debió
de presentar grandes dificultades el ponerse de acuerdo sobre la unidad para medir grano
(que obviamente no puede ser tan pequeña como el grano mismo) o para medir líquidos
(vino, aceites, miel), minerales, alhajas, etc.
Parece razonable suponer que al principio se confundirían las medidas de masa con las
de volumen, debido a la escasa gama de densidades de los líquidos y los sólidos.
Incluso hoy día se confunden las medidas de masa y peso, debido a las pequeñísimas variaciones
de la gravedad local y de la densidad del aire (en la 3ª CGPM-1901 se definió el
peso como peso en el vacío (i.e. en ausencia de aire, por eso pesa más un
kilogramo de plomo que un kilogramo de paja, pesando en aire ambiente).
Casi al mismo tiempo debió de surgir la necesidad de medir longitudes para la
utilización de troncos y tallado de piedras en la construcción, para la agrimensura
(e.g. el Nilo borraba las lindes en su desbordamiento anual), para la compraventa de
telas, manufactura de vestimenta, etc. Aun así las distancias largas se medían en
unidades de tiempo: en días de viaje a pie o a caballo.
Otras medidas que hoy pueden parecer ancestrales, como la de temperatura o la de
energía, sólo se han cuantificado en nuestros días (es decir, hace apenas dos o tres
siglos), y todavía siguen sin universalizarse.
Las unidades de tiempo a lo largo de la historia han permanecido con escasa variación:
el día, el mes lunar, el año solar, la hora, el minuto primo y el
minuto segundo, todos se desarrollaron a partir de ciclos naturales
casi-periódicos y sus divisiones sexagesimales de la tradición astronómica babilónica
(m. 5 a.C.), ligando dichos periodos a similares graduaciones angulares. El sistema de
numeración sexagesimal parece elegido por su facilidad de partición entera, pues resulta
el más efectivo respecto al mínimo común múltiplo de los primeros números naturales:
mcm(1,2)=2, mcm(1,2,3)=6, mcm(1,2,3,4)=12, mcm(1,2,3,4,5)=60, mcm(1,2,3,4,5,6)=60,
mcm(1,2,3,4,5,6,7)= 420). Tanto arraigo tienen las unidades naturales de tiempo que la
adopción de un sistema métrico, con relojes que sólo marquen segundos, kilosegundos y
megasegundos (que con una modificación adecuada se podría hacer coincidir con el día
solar medio), no han prosperado nunca, ni aun en la fiebre de la metrificación en Francia
en que estuvo legalmente en vigor durante 12 años esta hora métrica. El problema no
sólo era el de desechar todos los mecanismos de relojería existentes (el calendario con
semanas de 10 días y meses poéticos no implicaba más que cambios de papel), sino el del
cambio de mentalidad y de tradiciones.
Las unidades de longitud a lo largo de la historia son tal vez las que presentan mayor
variedad. Los valores que se dan a continuación son orientativos, pues variaban de una
región a otra y de una época a otra. Empezaron siendo antropomórficas, y ya en el mundo
greco-romano se usaban el dígito=2 cm, la palma=7,5 cm, el pie=30 cm, el codo o
cúbito=0,5 m, el paso(doble)=1,5 m, el estadio=185 m, y la milla o mille-passus=1500 m.
Medievales son: la vara o yarda=1/2 braza, la braza=1,8 m y la legua=5 km. Modernamente se
adoptaron unidades astronómicas como en la medida del tiempo: el metro (diezmillonésima
parte del cuadrante de meridiano terrestre), la unidad astronómica=0,15×1012, el parsec=31×1015
m).
Las unidades de masa a lo largo de la historia también presentan gran variedad. Lo
primero a señalar es que hasta época tan reciente como 1901, no se distinguía
claramente entre las magnitudes de masa y de peso. Las unidades más pequeñas provenían
de la Botánica: un grano=65 mg, un quilate(semilla de árbol)=0,2 g. La más usada en la
antigüedad desde los tiempos de los romanos fue la libra, que en España ha perdurado
hasta mediados del s. XX. Aunque en España era una libra=360 g, en Latinoamérica por
influencia sajona era una libra=pound=454 g). También es de los tiempos de los romanos la
onza (onza=uncia=1/12) y que venía a ser una onza=30 g.
Las unidades de temperatura (el nombre oficial en el SI es de "temperatura
termodinámica"; ¿existe otra?) también han sido muy dispares desde que Galileo
introdujo el primer termómetro rudimentario (en realidad un termo-baroscopio). Aunque
resulte sorprendente, ya a finales del s. XVII el meteorólogo francés G. Amontons
(1663-1705), dedujo que para un gas a V=cte se verificaba p=aT+b, sugiriendo
que se adoptara una escala termométrica T=(aT+b)c tal que p=cT
(y hasta llegó a dar valores numéricos: Thielo=51
amontones y Teb=73 amontones, es decir 1
amonton@ 5 kélvines).
En 1714 Fahrenheit construyó el primer termómetro de precisión, de mercurio con
capilar sellado, tomando como puntos de referencia el de máximo frío de una disolución
salina y el del calor del cuerpo humano, con 96 divisiones (fruto de sus múltiples
subdivisiones de la vieja escala florentina de 12 grados).
En 1726 Réaumur construyó un termómetro de menor precisión, con una mezcla de agua
y etanol, pero fue el primero en elegir como puntos de referencia el del hielo y el vapor,
dividiendo en 80 grados para que cada grado correspondiese a un 1% de dilatación del
fluido termométrico.
En 1741 Celsius construyó un termómetro con 100 divisiones entre el punto de hielo y
el de vapor, pero con la escala invertida; muchos seguidores del termómetro
sueco le dieron la vuelta a la escala (el primero parece que fue el francés
Christin en 1743).
En la CGPM-9-1948 a la escala centígrada se le puso el nombre de Celsius
(nótese que ºC puede pensarse que se refiere a centígrado, Celsius e incluso Christin,
pero debe pronunciarse como grados Celsius, o simplemente grados en el lenguaje
coloquial).
En la CGPM-13-1967 se sustituyó la "escala kelvin" (definida a partir de la
Celsius "centígrada") por la unidad de temperatura llamada kelvin (ya no más
grado kelvin), de símbolo K (ya no más "ºK").
Las unidades angulares apenas han cambiado desde hace milenios, usándose los grados,
minutos y segundos sexagesimales babilónicos. En el s. ? se introdujo el radián. Con la
decimalización imperante en la Revolución Francesa se introdujo el grado centesimal,
llamando un "grad" a la centésima parte de un ángulo recto (con ello se
hicieron los cálculos geodésicos del metro y se siguió usando en Francia). El
astrónomo inglés Fred Hoyle sugirió en su libro "Astronomy"-1962 usar como
medida de ángulos la vuelta=360º=2p rad, la milivuelta y la
microvuelta.
Las unidades de energía y de potencia han sufrido una evolución caótica durante los
2 o 3 siglos en que se viene utilizando. La primera unidad fue el caballo (horsepower)
introducida por J. Watt a finales del s. XVIII para promocionar su máquina de vapor (él
calculó que los caballos de las minas tiraban con una fuerza equivalente al peso de unos
80 kg y a un 1 m/s; 80× 9.8× 1@ 745.7 W). Fue Siemens en 1882 quien propuso como unidad el vatio.
En resumen, el origen del SI puede situarse en 1791, durante la Revolución Francesa
(iniciada en 1789 y finalizada con el golpe de estado de Napoleón en 1799), año en que
la Asamblea Nacional encargó a la Academia de Ciencias que pusiera orden en los pesos y
medidas. Participaron Lagrange, Monge, Laplace, Talleyrand,
, presididos por el
astrónomo-cartógrafo-marino Borda y siendo Lavoisier el secretario. En 1791 la Asamblea
Constituyente aceptó la propuesta del sistema "métrico". Desde 1791 hasta 1799
trabajó la expedición geodésica (Borda, Delambre y Méchain) para medir los 10º de
arco del meridiano de París desde Dunquerque a Barcelona (ambas a nivel del mar). En 1799
se convocó una reunión internacional, la Conferencia del Metro a la que sólo acudieron
representantes de 8 países (estado revolucionario), y ese mismo año se aprobó la ley en
Francia. Luego Napoleón no le hizo mucho caso (aunque sus conquistas ayudaron a extender
el sistema métrico por toda Europa), pero a partir de 1837 se llegó a penalizar el uso
de las unidades antiguas.
Filosofía de la racionalización metrológica enciclopedista
El encargo de la Asamblea Nacional francesa a la Academia de Ciencias en 1791 fue que
pusiera orden en los pesos y medidas.
Lo primero que se fijó fue la base de numeración, eligiendo la decimal o base 10
(parece que Lagrange defendía la base 11 y algunos otros la 12).
Lo segundo fue acordar que la unidad de longitud, que se llamaría "metro"
(medida griega antigua), serviría también para las áreas y los volúmenes.
Después se acordó que sólo habría una unidad básica para todos los tamaños,
formándose las unidades de tamaños distintos como múltiplos y submúltiplos,
anteponiendo prefijos latinos o griegos a la unidad básica.
Después se acordó que los múltiplos y submúltiplos del metro se aplicarían
también a las demás unidades. En realidad se estableció la unidad de superficie igual a
100 m2, que se llamó un área, y la de volumen igual a (0,1 m)3,
que se llamó un litro.
Después se acordó que la unidad de peso (no se distinguía de la masa) sería la de 1
millonésima de la unidad de volumen (es decir 1 cm3) lleno de agua a 4 ºC
(primero se pensó en agua a 0 ºC), y se llamaría un gramo (primero se llamó un
grave). Finalmente, por razones prácticas se construyó un kilogramo patrón
(el primero tenía 1000,03 g, pero posteriormente se ha corregido).
Después se acordó elegir 1 m=1/10 000 del cuadrante del meridiano terrestre (hoy día
esto es 0,9998 m) y no la longitud del péndulo que bate segundos que defendía Talleyrand
(que es 0,994 m), ambos métodos ya propuestos por el cura Mouton y el astrónomo Picard,
independientemente, en 1670. En 1799 se fabricó el metro patrón con dos muescas en una
barra en X de platino iridiado (para estabilidad mecánica, química y térmica).
También se decimalizó el tiempo, usando como unidad el día, sus múltiplos y
submúltiplos. Duró 12 años este calendario (12 meses de 3 décadas cada uno más 5 o 6
días de fiesta). En realidad, el calendario (papel) se cambió fácilmente, pero los
relojes (acero) nunca se consiguió. Además, las unidades de longitud y masa eran
caóticas, pero sobre las de tiempo ha habido casi consenso universal siempre.
Sentencias breves |
|
Medir ¿qué es? |
Es comparar una magnitud con una unidad (y sus múltiplos y
submúltiplos). |
Medir ¿para qué sirve? |
Para citas, para traficar con volúmenes, masas, para
reproducir cantidades o estados, para controlar, etc. |
Medir ¿cómo? |
Estableciendo una relación de orden cuantificada con una
referencia universalmente aceptada. |
Medir ¿cuándo? |
Cuando no se tenga fe en los datos y ante situaciones nuevas. |
Medir ¿qué? |
Es medible todo lo cuantificable en términos de una unidad.
Quien
dice que sólo deberían tratarse las magnitudes "observables" es que no se ha
parado a pensar qué es la luz.
Quien dice que hay que distinguir entre variables "observables" como el peso
o la temperatura, y variables "hipotéticas" como la carga del electrón o la
entropía, es que no se ha parado a pensar qué es el conocimiento y cómo se ratifica
(sanciona). |
Medir ¿con beneficio? |
"No usarás distintas pesas (para comprar y
vender)", Deuteronomio-25:13,15. |
¿Por qué medir en moles? |
Porque hay muchos fenómenos naturales que se comportan
según el número de entidades atomico-moleculares que contengan, y como hay un número de
éstas tan gigantesco en cada cuerpo, en lugar de contarlas por docenas o por gruesas (12
docenas) se cuentan en grupos de unos seiscientos mil trillones, que se llama número de
Avogadro (o mejor constante de Avogadro), NA=6,022× 1023. |
¿Por qué medir en kelvin y no en ºC? |
Porque en las fórmulas de la Termodinámica (para el trabajo
con gases, rendimientos de máquinas, etc.) la magnitud que aparece es la temperatura
absoluta T, y si no, habría que poner siempre T+T0 ºC.
Sin embargo, ningún termómetro de mercurio viene graduado en kélvines, todos
vienen en grados Celsius, porque el mayor uso de la termometría es
simplemente para comparación y no para cálculos derivados.
Hay que reconocer de todas formas que la temperatura es una magnitud básica
especial porque es la única básica no aditiva. |
Definiciones de las unidades básicas del SI
Metro |
Es la longitud de la trayectoria de un rayo de luz en el
vacío en un intervalo de tiempo de 1/299792458 de segundo (CGPM-17-1983). s =10-12, siendo s la
incertidumbre relativa.
Era la longitud de 165076373 longitudes de onda en el vacío de
la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 5d5
del átomo de criptón-86 (CGPM-11-1960). s =10-9.
Era la longitud entre muescas de la barra de platino iridiado guardada en Sèvres,
medida a 0 ºC (CGPM-1-1889). s =10-5.
El metro y el kilogramo patrón (fabricados en platino iridiado en 1799)
fueron las primeras unidades del sistema métrico decimal.
Era la 1 / 10 000 000 del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por París. s =10-4.
Para la enseñanza primaria puede decirse que un metro es la distancia entre las manos
de un niño con los brazos extendidos. |
Kilogramo |
Es la masa del prototipo que se custodia en la oficina
internacional de pesos y medidas de Sévres cerca de París (CGPM-3-1901). s =10-6.
Antes se entendía que era el peso (aunque se
le llamaba masa en el protocolo) del prototipo que se custodiaba en la oficina
internacional de pesos y medidas de Sévres cerca de París (CGPM-1-1889). s =10-6.
En un futuro, la gran precisión en contar unidades atomicomoleculares por difracción
de rayos X en sólidos monocristalinos puede aconsejar redefinir la unidad de masa a
partir del mol y de la masa de un átomo concreto, desapareciendo así el último vestigio
de los patrones artificiales.
Para la enseñanza primaria puede decirse que un kilogramo es la masa del agua que cabe
en una botella (de un litro). |
Segundo |
Es el tiempo que transcurre entre 9192631770 periodos de la
radiación correspondiente a la transición entre dos niveles energéticos hiperfinos del
estado fundamental del átomo de cesio (CGPM-13-1967). s =10-12.
Antes
era 1/31 556 926 del año medio solar (año trópico) de 1900 d.C (CGPM-11-1960).
Antes era 1/86400 del día solar medio (año trópico) (CGPM-1-1889). Pero los ciclos
astronómicos no son exactamente periódicos.
Para la enseñanza primaria puede decirse que un segundo es el tiempo que trascurre
entre unidades al ir contando en voz alta: uno, dos, tres, .... |
Kelvin |
Es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del
punto triple del agua (CGPM-13-1967). s =10-4.
Antes
era igual pero se llamaba grado kelvin (CGPM-10-1954).
Antes se definía a partir de la escala Celsius centígrada.
Para la enseñanza primaria conviene usar la escala Celsius, pero sin darle nombre, hablando sólo de "grados": a 20 ºC estamos confortablemente, a 0 ºC se
hiela el agua, y a 100 ºC hierve el agua (a partir de 50 ºC ya nos quemaría el cazo). |
Amperio |
Es la corriente eléctrica continua que mantenida en dos
conductores paralelos delgados e infinitos separados un metro entre sí en el vacío
produce una fuerza entre ellos de 2×10-7 N/m
(CGPM-9-1948). s =10-5.
Antes era la corriente
eléctrica continua que hacía depositar 1,12×10-6
kg de plata en una cuba electrolítica con una disolución acuosa de AgNO3 de
entre el 15% y el 20% en peso.
Para la enseñanza primaria podría decirse, si acaso, que un amperio es el doble o el
triple de la intensidad de corriente eléctrica que circula por una bombilla común. |
Candela |
Es la intensidad luminosa en una cierta dirección de una
fuente que emite radiación monocromática de frecuencia 540×1012
Hz y que tiene una intensidad de radiación en esa dirección de 1/683 W/sr
(CGPM-16-1979). s =10-2.
Antes era la intensidad
luminosa en una cierta dirección de una fuente de platino fundente (2043 K) de 1/60 cm2
de apertura, radiando como cuerpo negro (en el fondo de un crisol de pequeña apertura),
en dirección normal a ésta (CGPM-9-1948).
En un futuro, la radiación luminosa podría pasar a medirse como las demás
radiaciones electromagnéticas (en W/sr en lugar de candelas, W/m2 en lugar de
luxes, etc.) |
Mol |
Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades
elementales (hay que especificarlas) cómo átomos hay en 0,012 kg de 12C
(CGPM-14-1971). s =10-6.
Antes no existía la
unidad de cantidad de sustancia, sino que 1 mol era una unidad de masa "gramomol,
gmol, kmol, kgmol", que según los físicos era la masa de un sistema que tuviera
tantas unidades atomicomoleculares como los que haya en 16 g del isótopo 16O,
mientras que los químicos elegían la mezcla natural de isótopos de oxígeno. |
Conferencias Generales de Pesos y Medidas |
Acuerdos más relevantes |
CGPM-1-1889 |
Metro y kilogramo patrón |
CGPM-3-1901 |
Litro y distinción entre masa y peso |
CGPM-7-1927 |
Metro modificado |
CGPM-9-1049 |
Grado kelvin y grado Celsius con el punto triple. Calor en
julios. Escritura científica. |
CGPM-10-1954 |
|
CGPM-11-1960 |
Denominación de SI. Metro a partir del criptón-86. Segundo
de efemérides de 1900. |
CGPM-12-1964 |
|
CGPM-13-1967-68 |
Segundo a partir del Cesio-133. Candela. |
CGPM-14-1971 |
Mol (mol), pascal (Pa) y siemens (S). |
Acrónimos |
|
BIPM |
Bureau International des Poids et Mesures |
CGPM |
Conference General des Poids et Mesures |
CIPM |
Comite International des Poids et Mesures |
Referencias
Klein, H.A., "The science of measurement. A hystorical survey", Dover, 1974.
Norma UNE 5-100-87, AENOR, 1987.
Universal
Constants,
http://physics.nist.gov/cuu/index.html
The International
System of Units,
http://www.npl.co.uk/npl/reference
Time, calendar and clock,
http://imartinez.etsin.upm.es/ot1/Time/Time.htm
The
Bureau International des Poids et Mesures:
http://www.bipm.fr.
Centro Español de Metrología:
http://www.cem.es/esp/pub-legisla-int.htm.
Asociación Española de Normalización y Certificación: http://www.aenor.es/.
|
|